如今我们的生活已经离不开LED，由最早用于电源指示灯发展到现如今的建筑物外观照明、景观照明、标识与指示性照明、室内空间展示照明、娱乐场所及舞台照明、视频屏幕、车辆照明以及植物照明，随处可见LED的身影。白炽灯、荧光灯正在慢慢退出历史的舞台，发生这样的变化，不排除有政策因素，但更主要的还是LED本身所具有的特点：体积小、能耗低、发光效率高、寿命长、坚固耐用、色彩丰富、光色纯、绿色环保等。以上种种特点，很好的符合了21世纪以来提倡的节能环保可持续的发展理念，极大的促进了LED产业的发展。

但是LED并非完全没有缺点，这就需要我们进行研究改进，使LED更好的为我们服务。

第2章 LED的原理及其主要应用

2。1 LED发光原理

在最开始的时候，人们对于LED材料的掌握，发光机制都尚未明确，一直到1970年LED的发光原理才进一步被了解。

LED发光示意图

    目前主流的LED主要由PN结芯片、电极和光学系统组成，其核心部分是PN结，主要由Ⅲ-Ⅴ族化合物如GaAs、GaP、GaAsP等半导体材料制成。因此与一般PN结构造一样，LED也具有相似的伏安特性，即正向导通、反向截止等特性。不同的是，在一定条件下，LED还具有发光的特性。LED工作时，在正向电压作用下，削弱内部电场，N区中的多子电子流向P区，而P区中的多子空穴流向N区，如图1所示，从而在PN结面附近复合能量降低，多余的能量以辐射或者光的形式发出。

电子和空穴的复合分为两类：一类伴随光的辐射的复合；另一类是不伴随光的辐射的复合。前者是由于电子和空穴的复合时多余的能量以光（含紫外光、红外光）的形式辐射释放，这是也LED发光的主要原因。后者不伴随光的辐射，是由于其电子和空穴的复合能量不大所以不能发出可见光，其辐射波长通常处于红外光波段，这对LED来说是有害的，因为能量会以热辐射的形式使器件温度升高，影响LED的稳定。所以对LED来说，主要的任务是提高带有光辐射形式的复合，减小非光辐射形式的符合，以提高LED的发光效率，减小发热量，增加稳定性。

在半导体晶格中，晶体中电子能量会分裂成两个可明显区分的能带，即所谓的价电带和导电带，两者之间的差即称为能带间隙（Eg），在能隙中不允许电子存在。理论和实践证明，发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙Eg 。

Eg = hv / q = hc / (λq)

λ = hc / (qEg) = 1240 / Eg

式中，h为普朗克常数；v为辐射光频率；c为真空中光速；q为载流子所带电荷；λ为辐射光的波长。

PN结拥有由于多子的自由扩散而形成一个电位壁垒；当正向偏置电压时，内电场削弱，点位壁垒降低，于是P区和N区的多子分别向对方区域扩散。因为电子迁移率比空穴迁移率大得多，因此大量电子向P区扩散，形成对P区少子的注入[2]。而当这些电子与价带上的空穴复合时得到的能量大多以光能的形式释放了出去，同时辐射波长满足上式普朗克关系。于是通过使用不同的材料改变Eg大小从而使LED发出不同的光。

2。2 LED的应用

回顾LED的发展，自1960年代来第一颗商用LED问世之后，数十年的间包括红、橙、黄、绿不同色光的LED都被成功开发出来，唯独蓝光发展较为缓慢，直到1990年代日本研究出氮化铟镓材料的高亮蓝光LED后，LED的全彩时代终于来临，随着白光LED的问世，更是宣布了LED照明时代的到来。文献综述

2。2。1 LED在照明中的应用

因为LED拥有的节能、高亮等优点，现在LED常被用于城市路灯照明，以替换白炽灯，在节省大量电能的同时带来高亮度的照明体验；还用于汽车照明、隧道照明、家庭照明、特种照明等。